渤海油田特殊地層取心技術(shù)優(yōu)化及應(yīng)用

付常春， 楊保健， 劉寶生， 陶 林， 湯柏松

(1中海石油能源發(fā)展監(jiān)督監(jiān)理技術(shù)分公司 2中海石油(中國)天津分公司)

伴隨著中國經(jīng)濟(jì)的騰飛，渤海油田的開發(fā)也正在加速，目前已建成3 000×104m3原油的年產(chǎn)能規(guī)模，成為我國重要的能源基地。新油田在開發(fā)之前要計算儲量，需要準(zhǔn)確獲取油層原始含油飽合度和地層孔隙率等重要資料，以制定合理的開發(fā)方案。這些都需要以巖心分析資料為依據(jù)，巖心也就成為獲取地層資料最直接、最有效的手段。但新近發(fā)現(xiàn)的油藏儲層中，儲層巖性多為特殊巖性，(如蓬萊9-1潛山風(fēng)化殼儲層、旅大5-2N砂礫巖儲層)，特殊地層特別松散、膠結(jié)性差易破碎、易水化、高含水、不均質(zhì)含礫、大礫徑砂礫巖在這些地層取心往往難度大、復(fù)雜程度高，使用常規(guī)鉆井取心往往得不到理想的效果，從而給整個油藏的評價工作帶來巨大難度。如何提高該地層的取心收獲率，應(yīng)對取心工作中的困難和挑戰(zhàn)，本文將重點(diǎn)闡述。

一、渤海油田地質(zhì)特征和技術(shù)難點(diǎn)

1. 地質(zhì)特征

(1)淺層明下段、館陶組地層巖性疏松，地層膠結(jié)物強(qiáng)度低，巖心不易成形，難以進(jìn)入取心工具；易發(fā)生卡心，掉心。

(2)不均質(zhì)含礫、大礫徑砂礫巖在這些地層取心往往難度大、復(fù)雜程度高，易發(fā)生卡心，掉心。

(3)巖心的出筒過程中，由于巖心柱受力狀態(tài)發(fā)生變化，巖心易坍塌破碎，巖心成形率低。

2. 常規(guī)取心工具的局限性

目前在國內(nèi)普遍使用的常規(guī)取心工具，在膠結(jié)強(qiáng)度低、巖心承載能力差、且不均質(zhì)含礫的地層取心，很難達(dá)到理想的效果，這是常規(guī)取心工具本身結(jié)構(gòu)造成工具使用的局限性[1]，主要是因?yàn)椋?/p>

(1)鉆井液通過取心鉆頭內(nèi)腔冷卻取心鉆頭和攜帶巖屑，同時也造成對巖心的沖蝕，松散地層巖心本身比較松散、膠結(jié)性差、易破碎，巖心極易被鉆井液沖刷帶走或是使巖心直徑變小造成“抽心”和“丟心”現(xiàn)象的發(fā)生[2]。

(2)巖心直接與鉆井液接觸，使巖心膠結(jié)物部分水化而降低巖心柱的承載能力[3]。

(3)Rb-8100為軟地層保型取心工具，巖心爪為加壓收縮式，若取心鉆進(jìn)至大礫徑礫石巖心后，加壓收縮式巖心爪無法正常收縮，導(dǎo)致已進(jìn)筒巖心在起鉆過程中脫落。

3. 技術(shù)措施方面

(1)取心鉆進(jìn)時排量過高，導(dǎo)致鉆井液對松散巖心的沖刷。

(2)轉(zhuǎn)速過高，已進(jìn)筒巖心與內(nèi)筒發(fā)生摩擦，導(dǎo)致堵心的發(fā)生。

(3)地層中礫石較多，影響取心工具在井底的穩(wěn)定性，且影響巖心進(jìn)筒。

(3)鉆壓過低或因機(jī)械鉆速較快而造成跟壓不及時，導(dǎo)致鉆頭離開井底造成鉆井液沖刷巖心[4]。

(5)巖心出筒時，因巖心受力狀態(tài)變化，造成巖心破碎。

二、渤海油田特殊取心技術(shù)優(yōu)化

針對該地層巖性特點(diǎn)，以及工具、工藝及技術(shù)措施方面的不足，應(yīng)用相應(yīng)的特殊取心技術(shù)，并做好針對地層巖性特點(diǎn)的工具選型、鉆頭選型、作業(yè)參數(shù)的選擇、技術(shù)措施的細(xì)化工作，以有效保證取心收獲率。

1. 密閉取心技術(shù)優(yōu)化

密閉取心是指在水基鉆井液中取得的巖心基本不受鉆井液的污染,能真實(shí)再現(xiàn)地層原始地質(zhì)孔隙度、含油飽和度及水侵和含水率等資料。它是通過專用密閉取心工具和密閉液的共同作用來實(shí)現(xiàn)的一種特殊鉆井取心工藝[5]。

1.1 優(yōu)選取心工具

根據(jù)地層軟硬程度選用Ym-8115型或Rmb-8100型取心工具，并配用鋁合金襯筒，可減少松散砂巖在取心作業(yè)中巖心的進(jìn)筒阻力；軟地層取心工具封閉式巖心爪可防止因巖心膠結(jié)松散，而出現(xiàn)的漏心問題。

1.2 優(yōu)選取心鉆頭

密閉取心鉆頭的特點(diǎn):鉆頭內(nèi)徑和內(nèi)唇面無鉆井液清洗;鉆井液只清洗冷卻外唇面;增強(qiáng)型等磨損布齒。

1.3 優(yōu)選密閉取心密閉液

為了滿足取心設(shè)計要求，取心選用的密閉液具備以下功能：

(1)具有良好粘敷強(qiáng)度，能在巖心表面形成一層密閉保護(hù)膜堵塞巖心表面的孔隙，阻止鉆井液自由水的進(jìn)入。

(2)填充取心內(nèi)筒與巖心之間的間隙，阻止鉆井液進(jìn)入內(nèi)筒。

(3)在巖心進(jìn)入內(nèi)巖心筒的同時密閉液等體積流出，在鉆頭底部形成一個密閉保護(hù)區(qū)，確保新鉆出的巖心在進(jìn)入內(nèi)筒前不被鉆井液污染。

1.4 取心技術(shù)措施改進(jìn)

(1)選用小排量、低轉(zhuǎn)速應(yīng)對疏松砂巖，根據(jù)松散程度合理調(diào)整鉆壓，鉆遇泥巖可適當(dāng)增大排量和轉(zhuǎn)速。

(2)控制鉆井液失水在4 mL以下，減小泥巖因吸水膨脹造成堵心的發(fā)生。

(3)單筒進(jìn)尺不進(jìn)行控制，根據(jù)鉆進(jìn)情況及時效確定是否割心起鉆。

(4)造心過程以2 t鉆壓鉆進(jìn)30 cm左右，若機(jī)械鉆速較慢，可提前將鉆壓加至4～6 t，引心完畢后，可將鉆壓加至8 t，鉆進(jìn)期間可調(diào)整鉆壓、排量、轉(zhuǎn)速等參數(shù)。

(5)分析泵壓、扭矩的波動和鉆時的變化，判斷鉆頭的切削效率。

(6)優(yōu)選取心鉆頭和鉆井參數(shù)，提高機(jī)械鉆速，縮短巖心在鉆井液中的浸泡時間，提高巖心收獲率和封閉率。

2. 含礫地層取心技術(shù)優(yōu)化

2.1 優(yōu)選取心工具

采用Rb-8100型取心工具，并配用鋁合金襯筒，可減少松散砂巖在取心作業(yè)中巖心的進(jìn)筒阻力；封閉式巖心爪可防止因巖心膠結(jié)松散，而出現(xiàn)的漏心問題[6]。

2.2 優(yōu)選取心鉆頭

選用具有水槽和水眼共存的鉆頭結(jié)構(gòu)，可減少鉆井液對巖心沖蝕，達(dá)到保護(hù)巖心的目的。

2.3 取心技術(shù)措施改進(jìn)

(1)選用小排量、低轉(zhuǎn)速應(yīng)對疏松砂巖，根據(jù)松散及含礫程度合理調(diào)整鉆壓，鉆遇泥巖可適當(dāng)增大排量和轉(zhuǎn)速。

(2)控制鉆井液失水在4 mL以下，減小泥巖因吸水膨脹造成堵心的發(fā)生。

(3)單筒進(jìn)尺不進(jìn)行控制，根據(jù)鉆進(jìn)情況及時效確定是否割心起鉆。

(4)造心過程以2 t鉆壓鉆進(jìn)30 cm左右，若機(jī)械鉆速較慢，可提前將鉆壓加至4～6 t，引心完畢后，可將鉆壓加至8 t，鉆進(jìn)期間可調(diào)整參數(shù)。

(5)若發(fā)現(xiàn)扭矩基本無波動，應(yīng)考慮是否是堵心、卡心、或鉆頭切削齒磨損嚴(yán)重造成的，根據(jù)情況判斷確定是否割心起鉆。

(6)根據(jù)現(xiàn)場出心情況，判斷巖性特點(diǎn)、鉆頭磨損程度，及時優(yōu)選取心鉆頭及取心參數(shù)。

3. 破碎地層取心技術(shù)優(yōu)化

3.1 取心工具工藝改進(jìn)

設(shè)計采用雙巖心爪新型割心系統(tǒng)，可消除提鉆時，因巖心膠結(jié)松散，而出現(xiàn)的漏心問題見圖1。

圖1 帶導(dǎo)向套的全封閉巖心爪及雙巖心爪結(jié)構(gòu)

3.2 優(yōu)選取心鉆頭

(1)松散破碎地層(潛山頂部風(fēng)化淋濾帶)。鉆頭具有水槽和水眼共存的結(jié)構(gòu)，可減少鉆井液對巖心沖蝕，達(dá)到保護(hù)巖心的目的[7]見圖2。

圖2 勝利PMC037-8100型取心鉆頭

(2)裂縫發(fā)育破碎地層(潛山內(nèi)幕裂縫發(fā)育帶)。將鉆頭的流道式過流面改成水眼，防止鉆井液沖刷松散巖心。同時改造使其適用于雙巖心爪取心工具，實(shí)現(xiàn)雙重割心有利于防止進(jìn)筒巖心丟失。

(3)裂縫欠發(fā)育破碎地層(潛山內(nèi)幕裂縫欠發(fā)育帶)。為了提高機(jī)械鉆速在保持6刀翼冠部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上為增加布齒密度將刀翼數(shù)量增加至8。

3.3 取心技術(shù)措施改進(jìn)

(1)風(fēng)化殼地層取心，以保證收獲率為首要目的，選用小排量、低轉(zhuǎn)速應(yīng)對疏松砂巖，根據(jù)風(fēng)化程度合理調(diào)整鉆壓。

(2)控制鉆井液失水在4 mL以下，減小泥巖因吸水膨脹造成堵心的發(fā)生。

(3)單筒進(jìn)尺不進(jìn)行控制，根據(jù)鉆進(jìn)情況及時效確定是否割心起鉆。

(4)造心過程以2 t鉆壓鉆進(jìn)30 cm左右，若機(jī)械鉆速較慢，可提前將鉆壓加至4～6 t，引心完畢后，可將鉆壓加至8 t，鉆進(jìn)期間可調(diào)整參數(shù)。

(5)鉆完取心進(jìn)尺后，磨心1 h以上，確保將鉆壓磨回0 t，割心過提不超過25 t，若多次拔心巖心不斷，應(yīng)放至原井深繼續(xù)磨心。

(6)根據(jù)現(xiàn)場出心情況，判斷巖性特點(diǎn)、鉆頭磨損程度，及時優(yōu)選取心鉆頭及取心參數(shù)。

4. 極松散地層取心技術(shù)優(yōu)化

4.1 優(yōu)選取心工具

采用Rmb-8100型取心工具，并配用鋁合金襯筒，可減少松散砂巖在取心作業(yè)中巖心的進(jìn)筒阻力；封閉式巖心爪可防止因巖心膠結(jié)松散，而出現(xiàn)的漏心問題。

4.2 優(yōu)選取心鉆頭

鉆頭具有水槽和水眼共存的結(jié)構(gòu)，可減少鉆井液對巖心沖蝕，達(dá)到保護(hù)巖心的目的，該鉆頭對泥巖、松散砂巖有一定的侵略性，也對松散巖心的保護(hù)性較好。為減少鉆井液對井底松散砂巖的沖蝕，優(yōu)選水眼較多的取心鉆頭以保證取心收獲率。

4.3 取心技術(shù)措施改進(jìn)

(1)極松散地層取心，以保證收獲率為首要目的，選用小排量、低轉(zhuǎn)速應(yīng)對松散砂巖，根據(jù)松散程度合理調(diào)整鉆壓。

(2)控制鉆井液失水在4 mL以下，減小泥巖因吸水膨脹造成堵心的發(fā)生。

(3)單筒進(jìn)尺不進(jìn)行控制，根據(jù)鉆進(jìn)情況及時效確定是否割心起鉆。

(4)若發(fā)現(xiàn)扭矩基本無波動，應(yīng)考慮是否是堵心、卡心、或鉆頭切削齒磨損嚴(yán)重造成的，根據(jù)情況判斷確定是否割心起鉆。

(5)根據(jù)現(xiàn)場出心情況，判斷巖性特點(diǎn)、鉆頭磨損程度，及時優(yōu)選取心鉆頭及取心參數(shù)。

(6)出心過程中，減少外力對取心筒的擾動，避免因外力影響而導(dǎo)致的取心收獲率下降。

三、渤海油田特殊取心技術(shù)優(yōu)化的應(yīng)用效果

LD5-2N-2井在明下段、館陶組特殊地層連續(xù)取心78筒，累計取心進(jìn)尺204.00 m，心長166.60 m，取心收獲率81.67%，遠(yuǎn)超國家特殊地層取心標(biāo)準(zhǔn) (50%)，在特殊地層取心均實(shí)現(xiàn)新突破，PL9-1-11井和PL9-1-13井累計在中生界潛山破碎地層取心11筒，累計取心進(jìn)尺35.65 m，心長33.72 m，平均取心收獲率94.59%，取得理想的效果見表1。另外，密閉取心技術(shù)在岐口18-1-P13井成功應(yīng)用。

表1 優(yōu)化后特殊地層取心收獲率統(tǒng)計表

四、結(jié)論與建議

經(jīng)過近幾年來的持續(xù)不斷的探索實(shí)踐，基本形成了一套適合渤海油田特殊地層的取心技術(shù)，取心收獲率有很大幅度的提高，節(jié)約了大量的工時和成本，為加快渤海地區(qū)油氣田勘探步伐提供了有力的技術(shù)保證。

(1)優(yōu)化后的鉆井取心技術(shù)及工具鉆頭，能充分適應(yīng)渤海地區(qū)特殊地層的地質(zhì)條件，使在特殊取心地層取心收獲率平均達(dá)到90%以上。

(2)由于地層不同層位巖性的差異性，要求現(xiàn)場根據(jù)出心情況，判斷巖性特點(diǎn)、鉆頭磨損程度，及時優(yōu)選取心鉆頭及取心參數(shù)。

(3)針對性提升特殊地層取心收獲率，可以推廣到其他油田應(yīng)用，具有一定的應(yīng)用前景。